第二章 第1节 第2课时 植物细胞工程的应用-【创新教程】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程五维课堂同步课件PPT（人教版）

该高中生物学课件聚焦细胞工程核心内容，通过“教材梳理预新知—互动探究获规律—课堂自测固基础—课时评价提能力”的递进式学习支架，帮助学生构建从基础概念到应用能力的知识脉络。 其亮点在于以模块联动培养核心素养，“互动探究”环节引导学生基于证据运用归纳演绎等科学思维方法，“课堂自测”结合结构与功能观（生命观念）巩固知识，助力学生形成探究实践能力。教师使用可系统推进教学，提升学生学习效率与生物学核心素养。

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生命观念：理解掌握利用植物组织培养的技术在快速繁殖，培养脱毒苗和作物新品种培育上的作用 科学探究：理解植物组织培养技术在细胞产物的工厂化生产领域的应用 ◆[基础梳理] 一、植物繁殖的新途径 1．快速繁殖 (1)概念：快速繁殖优良品种的　植物组织培养　技术。 (2)特点eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(①　无性　繁殖，保持优良品种的遗传特性,②高效快速地实现种苗的　大量繁殖　,③可实现种菌的工厂化生产)) 2．作物脱毒 (1)选材部位：植物的　分生区附近　。 (2)选材原因：　分生区附近　的病毒极少，甚至　无病毒　。 (3)实例：目前采用　茎尖组织　培养技术来脱除病毒，在　 马铃薯　、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等主要经济作物上已获得成功。 二、作物新品种的培育 1．单倍体育种 (1)过程：　花药　离体培养→　单倍体　植株eq \o(――――――→,\s\up17(染色体加倍),\s\do15(　))纯合子植株。 (2)优点 ①后代是纯合子，能　稳定遗传　。 ②明显缩短了　育种的年限　。 2．突变体的利用 (1)产生原因：在植物的组织培养过程中，易受　培养条件　和　诱变因素　(如射线、　化学物质　等)的影响而　产生突变　。 (2)利用：筛选出对人们有用的　突变体　，进而培育成　新品种　。 三、细胞产物的工厂化生产 1．次生代谢物 (1)概念：植物代谢会产生一些一般认为不是　植物基本的生命活动所必需　的产物。 (2)作用：在植物　抗病、抗虫　等方面发挥作用，也是很多　药物　、　香料　和　色素　等的重要来源。 2．生产技术手段：　植物细胞培养　技术。 3．优点：不占用　耕地　，几乎不受　季节　、天气等的限制。 4．实例：利用紫草细胞培养生产的　紫草素　具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞培养生产的　紫杉醇　具有高抗癌活性。 ◆[基础诊断] 1．脱毒苗培育所选的组织培养材料可以来自植株的任何部位。( × ) 2．天然种子萌发后长成的植株容易发生性状分离，人工种子长成的植株性状不分离。( √ ) 3．单倍体育种和突变体培育的遗传学原理是一致的。( × ) 4．工厂化生产的细胞产物，其化学成分都是蛋白质。( × ) 5．植物的种子发育成完整植株也体现了细胞的全能性。( × ) 疑难点一　植物繁殖的新途径 1．微型繁殖 (1)实质：植物组织培养。 (2)原理：植物细胞的全能性。 (3)优点 ①能保持亲本的一切优良性状，子代个体的遗传物质与亲本相同。 ②选材少，培养周期短，繁殖率高。 ③不受自然生长季节的限制，便于自动化管理，有利于进行工厂化生产。 2．作物脱毒 (1)进行作物脱毒的原因 长期进行无性繁殖的作物(如马铃薯和草莓)，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，从而导致作物产量降低，品质变差。 (2)材料的选取 在植物分生区附近(如茎尖和根尖)，由于代谢十分旺盛、细胞分裂速度快等因素，很少被病毒感染，甚至无病毒。因此，利用植物的分生组织进行组织培养，可以使新长成的植株不带病毒，从而获得脱毒苗。用脱毒苗进行繁殖，种植的作物就不会或极少感染病毒。 ◆[互动探究] 草莓传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。运用快速繁殖技术可以培育岀无病毒植株。请回答有关问题： 1．作物培养过程中为什么要进行作物脱毒，如何进行作物脱毒？ 提示：对于无性繁殖的作物，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。而植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒，因此切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植物就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。 2．从所需条件来看，微型繁殖与传统育种方法相比有哪些优点？ 提示：微型繁殖是在具有一定人工设施的室内生产，可以不受季节、气候等自然条件的限制。 3. 脱毒苗与抗毒苗有何区别？ 提示：脱毒苗是选择植物的茎尖(刚形成，病毒极少，甚至无病毒)进行组织培养而获得的，属于细胞工程的范畴。抗毒苗是把某抗病基因导入到受体细胞中，并通过一定的方法培育形成的，属于基因工程的范畴。 ◆[对点训练] 1．下列关于植物细胞工程的实际应用，错误的是(　　 ) A．用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术被称为植物的微型繁殖技术 B．切取草莓的茎尖进行组织培养，获得的脱毒苗具有抗病毒特性 C．植物组织培养技术可用于体细胞诱变育种 D．用组织培养技术生产人参，其生长速度快，药用成分和药理活性更加优良 解析：B　[植物细胞工程中用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术被称为植物的微型繁殖技术，A正确；切取草莓的茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗，仍然可能感染病毒，B错误；植物组织培养技术可用于体细胞诱变育种，C正确；用组织培养技术生产人参，其生长速度快，药用成分和药理活性更加优良，D正确。] 2．人们利用植物的微型繁殖技术进行种菌的工厂化生产，这是利用了该项技术的哪一特点(　　 ) A．操作简单 B．使优良性状组合在一起 C．培育新的性状 D．高效性和保持种苗的优良遗传特性 解析：D　[植物组织培养操作繁琐，选项A错误；植物组织培养为无性繁殖，能保持亲本的优良特性，但不能使优良性状组合在一起，也不能培育新的性状，选项B、C错误；植物的微型繁殖技术既能实现高效、快速繁殖，又能够保持植物优良品种的遗传特性，选项D正确。] 疑难点二　作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 1．单倍体育种 (1)原理：整个单倍体育种过程的原理是染色体变异，其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性。 (2)过程 eq \x(\a\al(花药离,体培养)) eq \o(――→,\s\up17(脱分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(愈伤,组织)) eq \o(――→,\s\up17(再分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(单倍体,植株)) eq \o(――→,\s\up17(染色体),\s\do15(加倍)) eq \x(\a\al(正常,植株)) (3)优点：明显缩短育种年限，后代不发生性状分离。 2．突变体的利用 (1)原理：基因突变和植物细胞的全能性。 (2)过程 (3)优点：提高愈伤组织的突变率，可以获得高抗、高产、优质、抗逆的新品种，加快育种进程。 3．细胞产物的工厂化生产 (1)过程 eq \x(外植体) eq \o(――→,\s\up17(脱分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(愈伤,组织)) eq \o(――→,\s\up17(分散开)) eq \x(\a\al(细胞,悬液)) eq \o(――→,\s\up17(发酵),\s\do15(提取)) eq \x(\a\al(细胞,产物)) (2)实例：工厂化生产紫草宁 eq \x(\a\al(紫草,细胞)) eq \o(――→,\s\up17(脱分化),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(愈伤,组织)) eq \o(――→,\s\up17(培养),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(选择增殖速度快且,细胞内紫草宁含量,高的细胞)) eq \o(――→,\s\up17(扩大),\s\do15(培养)) eq \x(\a\al(大量,细胞)) eq \o(――→,\s\up17(提取),\s\do15(　)) eq \x(紫草宁) (3)优点：提高生产速度、便于操作管理。 ◆[互动探究] 下图为植物细胞工程中突变体的利用过程，请据图分析回答： (1)为什么培养至愈伤组织时才进行诱变处理？ 提示：愈伤组织细胞分裂旺盛，不断进行DNA分子的复制，此时易发生基因突变。 (2)诱导分化得到的突变体都可以利用吗？为什么？ 提示：不是。因为基因突变具有不定向性和多害少利性，即得到的突变体大多是不符合选育要求的。 (3)突变体育种所依据的原理是什么？ 提示：基因突变和植物细胞的全能性。 ◆[对点训练] 1．用纯种的高秆(D)抗锈病(T)小麦与矮秆(d)易染锈病(t)小麦培育矮秆抗锈病小麦新品种的方法如下： 高秆抗锈病 矮秆易染锈病 下列有关此种育种方法的叙述，正确的是(　　) A．这种育种方法叫杂交育种 B．过程④必须使用生长素处理 C．这种育种方法的最大优点是缩短育种年限 D．③过程必须经过受精作用 解析：C　[该育种方法为单倍体育种，①是杂交，②是减数分裂，③是花药离体培养，④是用秋水仙素处理使单倍体的染色体数目加倍；③过程利用了植物组织培养技术，不需要受精，而是由雄配子直接发育成幼苗。] 2．下图为烟草植物组织培养过程的示意图。下列有关叙述正确的是(　　 ) A．对过程①获取的根组织块应做较彻底的灭菌处理 B．过程②应使用适宜的培养基，在避光环境中进行 C．过程③发生脱分化，其实质是基因的选择性表达 D．用人工种皮包裹X细胞，可获得烟草的人工种子 解析：B　[植物组织培养技术应在无菌条件下进行，对过程①获取的根组织块应做消毒处理，而彻底灭菌会导致组织细胞死亡，A错误；过程②为脱分化，应根据要求使用适宜的培养基，在避光的环境中进行，B正确；过程③表示再分化，C错误；人工种子是指以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子，D错误。] ◆[知识拓展] 突变体的利用与体细胞诱变育种 ①突变体的利用：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。从这些产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。这里的处于不断增殖状态的细胞主要指的是愈伤组织细胞。 ②体细胞诱变育种：在作物育种中，可以对植物的愈伤组织进行化学[EMS(甲基磺酸乙酯)或SA(叠氮化钠)]或物理(电离辐射)的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株。从这些植株中筛选出高抗、高产、优质的突变体，就可以培育成新品种。 1．通过植物组织培养技术繁育农作物，其优点不包括(　　 ) A．加快繁育速度 B．保持亲本优良性状 C．培育出无病毒植株 D．改变植物的基因型 解析：D　[植物组织培养技术不仅可以高效快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性，并通过作物脱毒提高作物产量，改善作物品质，A、B、C不符合题意，D符合题意。] 2．如图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，下列叙述不正确的是(　　 ) eq \x(\a\al(紫杉,外植体)) eq \o(――→,\s\up17(①),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(愈伤,组织)) eq \o(――→,\s\up17(②),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(单个,细胞)) eq \o(――→,\s\up17(③),\s\do15(　)) eq \x(\a\al(高产,细胞群))→eq \x(\a\al(细胞,分泌物)) eq \o(――→,\s\up17(提取),\s\do15(　))紫杉醇 A．该途径得到高产细胞群后转移到液体培养基中扩大培养 B．需在无菌和人工控制的条件下进行 C．经过程①细胞的形态和结构发生了变化 D．过程①一般需要适当强度的光照 解析：D　[过程③表示细胞大量增殖的过程，需使用液体培养基，有利于细胞增殖，A正确；为防止污染，需在无菌和人工控制的条件下进行，B正确；图中①是脱分化过程，经该过程细胞的形态和结构发生了变化，成为高度液泡化的薄壁细胞，C正确；过程①是脱分化过程，需要进行避光处理，D错误。] 3．下列关于细胞产物的工厂化生产的叙述，错误的是(　　 ) A．细胞产物的工厂化生产是植物细胞工程的重要用途之一 B．培养过程中需要先脱分化形成愈伤组织，然后悬浮培养愈伤组织细胞 C．培养的细胞收集后一般要破碎提取有效成分 D．培养的愈伤组织需要经过再分化产生特定的组织细胞后才能产生特定的细胞产物 解析：D　[培养的愈伤组织不需要再分化就能产生特定的细胞产物，D错误。] 4．(多选)细胞工程是一门新兴的生物工程技术，在动植物育种、药物提取、药物生产等领域的应用十分广泛。下图所示为植物细胞工程育种的流程，则下列相关叙述正确的是(　　 ) eq \b\lc\ \rc\}(\a\vs4\al\co1(甲细胞,乙细胞)) eq \o(――→,\s\up17(处理)) eq \b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(甲原生质体,乙原生质体)) eq \o(――→,\s\up17(诱导),\s\do15(　)) eq \a\vs4\al(杂种细胞)―→eq \a\vs4\al(愈伤组织) eq \o(――→,\s\up17(筛选))胚状体eq \o(――→,\s\up17(选择),\s\do15(　)) eq \a\vs4\al(目的植物) A．甲、乙原生质体融合体现了生物膜的选择透过性 B．诱导原生质体融合的物理法包括PEG融合法、高Ca2＋—高pH融合法等 C．甲、乙原生质体诱导融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁 D．培育杂种目的植物的关键性植物激素是生长素和细胞分裂素 解析：CD　[甲、乙原生质体融合体现了生物膜的流动性，A错误；诱导原生质体融合的物理法包括离心、振动、电刺激等，化学法一般是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂，B错误；甲、乙原生质体诱导融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁，C正确；培育杂种目的植物的关键性植物激素是生长素和细胞分裂素，两者是启动细胞分裂、细胞分化的关键性激素，D正确。] 5．玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答： (1)如图A→C，发育成植株D，取D的花药进行离体培养得到的幼苗属于　________　，如图E→F，经秋水仙素处理后发育成植株G；从生殖方式上分析，A→D属于　________　生殖。 (2)A→C的过程要严格控制　________　环境。 (3)F→G的过程中用　________　处理，使细胞染色体数目加倍，用E→G途径育种的优点是　________________________________　。 (4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用　________　育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用　________________　技术。 解析：(1)取D的花药进行离体培养成幼苗(如图E→F)，经秋水仙素处理后发育成植株G，此过程属于单倍体育种，从生殖方式上分析，A→D属于无性生殖。 (2)在植物组织培养过程中，要严格控制无菌条件。 (3)F→G的过程中用秋水仙素处理，使细胞染色体数目加倍；用E→G途径进行单倍体育种的优点是直接得到稳定遗传的优良品种，自交后代不发生性状分离，极大地缩短了育种年限。 (4)若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用基因工程育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用植物体细胞杂交技术。 答案：(1)单倍体　无性　(2)无菌　(3)秋水仙素　直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限　(4)基因工程　植物体细胞杂交 $